多姿多彩云科學(xué)

劉夕慶

抬頭望天是一件非常有趣或者說(shuō)令人神往的事情。據(jù)說(shuō)德國(guó)大哲學(xué)家、科學(xué)家康德一生只關(guān)心兩件事：一個(gè)是人間道德，另一個(gè)則是天空奧秘。對(duì)于天空，夜晚人們可以看星星，而白天則可去看云。多姿多彩的云，總是吸引著人們的眼球，它們可以隨時(shí)“變成”各式各樣的形態(tài)，有的像動(dòng)物、有的像某種物體，惟妙惟肖，讓人不得不感嘆大自然的神奇。

云的多樣和分類(lèi)

眾所周知，云是地球上龐大的水循環(huán)所呈現(xiàn)的有形結(jié)果。太陽(yáng)照在地表上，水蒸發(fā)形成水蒸氣。一旦水汽過(guò)飽和，水分子就會(huì)聚集在空氣中的微塵（凝結(jié)核）周?chē)纱水a(chǎn)生的水滴或水晶將陽(yáng)光散射到各個(gè)方向，這就產(chǎn)生了云的外觀。因此，云是懸浮在貼近地面的大氣中的大量微細(xì)水滴或冰晶或兩者混合（有時(shí)也包含一些較大的雨滴和冰雪粒）的可見(jiàn)集合體。它的底部不接觸地面。

根據(jù)云的云底高度和外形特征，初步分為三族十屬：三族為高云族（4.5千米以上）、中云族（2.5～4.5千米）、低云族（0.1～2.5千米）;十屬為卷云、卷層云、卷積云、高層云、高積云、層云、層積云、雨層云、積云和積雨云。從外觀上，我們則可以記住“積”“層”“卷”“雨”四字：積指像棉花一樣堆積起來(lái)的云;層指像一層灰沙一樣滿布天空的云;卷指像一縷縷卷發(fā)一樣的云;雨則是會(huì)帶來(lái)降雨的云。

筆者曾在1975年前后速寫(xiě)了春夏秋冬一年的淡彩云圖作為素材，現(xiàn)分類(lèi)型介紹其中幾幅。第一幅中高積云常呈小云團(tuán)塊出現(xiàn)（這幅畫(huà)描繪的是臨近傍晚的高積云。高的層積云中有一個(gè)變種，小云塊之間存在縫隙，這叫漏光云，這種云容易跟中云族中的高積云混淆。但層積云通常形態(tài)不規(guī)則，且小云塊更大）;第二幅中積云呈棉絮狀，云底平坦，總在晴朗的日子慢悠悠地從天上飄過(guò);在第三幅中，霧有時(shí)會(huì)被認(rèn)為是地面的層云，但實(shí)際上它們的形成方式與層云截然不同;第四幅則為多種類(lèi)型云層的復(fù)合疊加圖景——其中含有高積云和層積云等。

地球中緯度地區(qū)云層的典型高度繪圖示意

如果你沒(méi)有看到過(guò)積云，那真應(yīng)該多出去走走。這種云屬于低云族（云底高度低于2000米），并且是云彩中最容易看到的一種類(lèi)型。積云是好天氣的象征，通常形成于天亮后的幾個(gè)小時(shí)，往往在日落之前便會(huì)消散，這是因?yàn)榉e云形成于上升暖氣流上——當(dāng)?shù)乇砜諝獗惶?yáng)加熱之后會(huì)上升，形成我們看不見(jiàn)的透明氣柱。

筆者創(chuàng)作的云圖淡彩素描畫(huà)

愛(ài)舍爾早期版畫(huà)作品

大多數(shù)的積云都不會(huì)生成雨或雪，但在不穩(wěn)定空氣中，它明亮清晰的花椰菜形態(tài)會(huì)向上生長(zhǎng)，所以它們的云種能從小小的淡積云發(fā)展成中積云，再發(fā)展成最大的積云形式——濃積云。有了不祥的暗黑云底之后，這種云就不再代表好天氣了。濃積云會(huì)造成短時(shí)大雨，還會(huì)繼續(xù)發(fā)展成為導(dǎo)致暴風(fēng)雨到來(lái)的、兇猛的積雨云。上圖是荷蘭圖形藝術(shù)大師愛(ài)舍爾所作的一幅說(shuō)明地球上龐大的水循環(huán)有形相變的畫(huà)作：大自然一些表象上的多樣性是通過(guò)各種相變來(lái)實(shí)現(xiàn)的，其本質(zhì)不變，如大氣環(huán)流中水的氣、液、固體三態(tài)隨溫度變化而變化。

云彩的科學(xué)與藝術(shù)

愛(ài)默生說(shuō)過(guò)：“自然是一朵多變的云，始終一樣，卻又從不一樣。”這道出了云作為一種可見(jiàn)大氣現(xiàn)象與自然本質(zhì)的關(guān)系。我們經(jīng)常聽(tīng)到想象力豐富的小朋友喊道“天空的云兒像xx”，其實(shí)這些感覺(jué)都基于云彩的變化多端，但各種云的本質(zhì)仍然是大氣中的水蒸氣遇冷液化成小水滴或凝華成小冰晶并混合而成的飄浮聚合物。也有些云彩是由它們導(dǎo)致的光學(xué)現(xiàn)象而在人們腦海中記憶猶新，比如多年前，筆者曾在一個(gè)初夏的傍晚，抓拍到了一幅云彩在太陽(yáng)落山后的西天方向形成一只展翅飛翔的大雁形象。

西方很早就有人在做云彩圖景“收集”工作，其中比較有代表性的組織是英國(guó)的賞云協(xié)會(huì)，據(jù)說(shuō)至今全球各地加入該組織的人數(shù)達(dá)40000之多。該協(xié)會(huì)的會(huì)長(zhǎng)加文·普雷特-平尼是英國(guó)知名記者，因?yàn)橄矚g看云，也喜歡鉆研云彩相關(guān)的知識(shí)而成立了該協(xié)會(huì)。這個(gè)協(xié)會(huì)在2017年成就了一項(xiàng)重大業(yè)績(jī)：當(dāng)年3月23日世界氣象日，世界氣象組織正式承認(rèn)了賞云協(xié)會(huì)提出的一種新的云彩類(lèi)型——糙面云，并在當(dāng)時(shí)《國(guó)際云圖》上在線公布，那年的世界氣象日主題也由此被定為觀云識(shí)天。

科學(xué)家借助衛(wèi)星云圖等技術(shù)為我們講述關(guān)于云和天氣的故事，而在藝術(shù)家那里，云又有另外一番情景。比如，祥云是象征祥瑞的云氣，傳說(shuō)中它是神仙所駕的云彩。北京奧運(yùn)會(huì)火炬?zhèn)鬟f的火炬體身上就刻有祥云的圖案，其圖形結(jié)構(gòu)表明它是低云族中的積云，是作為風(fēng)和日麗好天氣的祝福與象征。

夢(mèng)幻般的云科學(xué)

由于云彩的特性及其光學(xué)圖景千變?nèi)f化、神秘莫測(cè)，因此它給人們帶來(lái)了巨大的想象空間。例如，由云所產(chǎn)生的光學(xué)現(xiàn)象就有虹彩云、華、曙暮光條、寶光、彩虹、云虹、22度暈、幻日、環(huán)天頂弧、日柱等等。而漫畫(huà)具有夸張和幽默的藝術(shù)特征，所以，云又被漫畫(huà)家的創(chuàng)作所利用。盡管漫畫(huà)有夸大其詞之感，但有些夸張卻是基于科學(xué)道理之上的，如下面兩幅含有云元素的畫(huà)作：《緊急救援》說(shuō)明了雨層云在一定動(dòng)力機(jī)制下是可移動(dòng)的（如夏日不穩(wěn)定天氣所造成的暴風(fēng)雨）;《天然起重機(jī)》則說(shuō)明云不但自身具有浮力（比重較相鄰空氣為輕），同時(shí)還可“載物”——就像人造的飛艇一般。

凡·高等西方著名印象派畫(huà)家的風(fēng)景畫(huà)中經(jīng)常出現(xiàn)大片的云天，比如他的名作《星空》中所畫(huà)的云朵似乎都出于他的主觀創(chuàng)造，有時(shí)甚至體現(xiàn)了畫(huà)家個(gè)人的心理作用。在他的畫(huà)作中，天空上的云仿佛就是他腦海中的思緒或精神上的變化無(wú)常。因此，他在畫(huà)中的云盡管沒(méi)有什么典型科學(xué)圖景的參照，但卻也為其心理學(xué)表現(xiàn)騰出了空間。

凡·高畫(huà)作中天空上的云仿佛就是他腦海中的思緒萬(wàn)千和變化無(wú)常

再來(lái)看看國(guó)內(nèi)，中國(guó)古今的山水畫(huà)家們中也是運(yùn)用云圖的高手，他們讓留白的、帶有神秘感的云霧將畫(huà)面籠罩，使云在山水畫(huà)中大有用武之地。這些寫(xiě)意性濃烈的畫(huà)作表面看起來(lái)具有仙境般的想象，但卻遵從了自然科學(xué)。比如，右面這幅清代大畫(huà)家石濤的山水畫(huà)就很特別：人生時(shí)空的表達(dá)在畫(huà)中得到了充分且科學(xué)的體現(xiàn)，除了符合自然社會(huì)規(guī)律的“人往高處走，水往低處流”的動(dòng)感外，占據(jù)畫(huà)面主體、發(fā)端于流水的飛云不但詮釋了水的相變和大氣環(huán)流科學(xué)知識(shí)，同時(shí)也反映了石濤“浪跡天涯，云游四方”的動(dòng)態(tài)人生。

關(guān)于云的描繪與傳說(shuō)圖景不勝枚舉，它變化多端而又無(wú)數(shù)的象形圖景曾給詩(shī)人和畫(huà)家?guī)?lái)無(wú)盡的想象，也給物理學(xué)家和氣象學(xué)家等科學(xué)家?guī)?lái)發(fā)現(xiàn)的靈感。所以，當(dāng)代青少年切莫把視線僅僅局限于虛擬的電子屏幕，它代替不了真實(shí)而豐富的大自然給我們的饋贈(zèng)，讓我們將神圣的好奇心用于自然的科學(xué)與藝術(shù)吧！

（責(zé)任編輯 / 岳萌? 美術(shù)編輯 / 張志浩 ）